基于磁通门电流传感器的充电桩宽范围计量方法及系统与流程

本发明涉及充电设施计量检测领域，具体是涉及一种基于磁通门电流传感器的充电桩宽范围计量方法及系统。

背景技术：

1、计量技术作为“双碳”目标的底层驱动，是检验检测、标准制定及国际互认的基础。当前，国际社会对新能源数据检测的“可测量、可报告、可核查”要求日益严格，亟须通过技术创新解决数据溯源难、测量方法不统一等瓶颈问题。电动汽车充电桩的远程检测技术与低碳计量技术，既是提升充电桩运营效率、保障用户权益、优化电力系统运行的关键，也是推动电动汽车产业可持续发展的重要保障。近年来，随着充电桩检测进入快速发展期，但主流检测方式仍以人工现场检测为主，设备笨重、效率低下，难以满足大规模充电桩年检需求，车载移动检测技术虽在一定程度上提升了集成度和移动效率，但仍需到现场操作，且受场地限制，不支持并行检测，整体效率依然有限；在远程检测方面，现有方案主要通过在每台充电桩上安装固定计量模块，将充电桩数据与比对模块数据同时上传至平台进行比对。该方案虽技术简单，但存在改造成本高、运营单位配合度低、计量模块后期管理归属不清、溯源困难等实际问题，难以批量推广；在低碳计量方面，虽然已初步构建碳计量技术体系框架，但整体仍处于技术研究和探讨阶段，如何将充电桩检测数据与碳排放核算有效结合，实现充电行为的可追溯碳足迹管理，仍是亟待解决的难题。

2、现有技术中传统互感器依赖多挡位切换来覆盖充电桩从毫安级到千安级的宽电流范围，档位交界处存在测量盲区，且切换动作引入机械抖动与电子开关误差，导致全量程计量一致性难以保证；其次，电压与电流采样通道间的固有延迟在远程检测中造成功率计算的相位或时间基准偏差，该误差会影响碳排放核算结果，使低碳计量失真。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，提供一种基于磁通门电流传感器的充电桩宽范围计量方法及系统，本技术方案解决了上述背景技术中提出的档位交界处存在测量盲区，且切换动作引入机械抖动与电子开关误差，以及电压与电流采样通道间的固有延迟在远程检测中造成功率计算的相位或时间基准偏差问题。

2、为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种基于磁通门电流传感器的充电桩宽范围计量方法，包括：

4、基于磁通门效应的开环幅值检测，构建宽域电流测量模型，输出经标定转换后的被测电流值；

5、在磁芯表面贴装数字温度传感器，构建温度与磁导率动态补偿模型，输出经过温度补偿后的被测电流值；

6、针对交流充电桩场景，通过注入参考正弦波测量通道相位差，基于温度补偿后的被测电流值，采用频域相位校正法校正电流采样相位，并计算平均有功功率；

7、针对直流充电桩场景，通过注入阶跃波测量通道时间偏移，基于温度补偿后的被测电流值，采用线性插值法校正电流采样时间，并计算直流功率；

8、构建分级动态校准机制，周期性接入内部基准源更新零漂、灵敏度及通道时延参数，并将计量数据与校准状态打包通过无线网络上传至远程平台；

9、根据电网碳排放因子与充电功率，构建低碳计量模型，输出充电行为的等效碳排放量，并生成低碳检测报告。

10、优选的，所述基于磁通门效应的开环幅值检测，构建宽域电流测量模型，输出经标定转换后的被测电流值具体包括：

11、采用高初始磁导率的纳米晶环形磁芯，绕制激励线圈与检测线圈，构成闭口式磁通门探头；

12、在闭口式磁通门探头外部加装双层坡莫合金磁屏蔽罩；

13、向激励线圈注入对称方波电压，使磁芯交替进入正负饱和区；

14、将被测电流输入探头，通过检测线圈输出感应电动势波形；

15、利用相敏检波器解调感应电动势波形，获取模拟电压信号；

16、构建宽域电流测量模型，将电压信号转换为被测电流值。

17、优选的，所述在磁芯表面贴装数字温度传感器，构建温度与磁导率动态补偿模型，输出经过温度补偿后的被测电流值具体包括：

18、在磁芯表面贴装数字温度传感器，实时采集磁芯工作温度；

19、预先在恒温箱内记录从低温升至高温区间内多个温度点对应的磁芯有效磁导率；

20、以基准温度下的磁导率为参考，计算各温度下的相对磁导率变化率；

21、采用三次样条插值，将离散的各温度点下的相对磁导率变化率拟合为随温度连续变化的函数；

22、将当前温度代入该连续函数得到，并结合宽域电流测量模型，构建温度与磁导率动态补偿模型；

23、通过温度与磁导率动态补偿模型，将经标定转换后的被测电流值修正为温度补偿后的被测电流值。

24、优选的，所述针对交流充电桩场景，通过注入参考正弦波测量通道相位差，基于温度补偿后的被测电流值，采用频域相位校正法校正电流采样相位，并计算平均有功功率具体包括：

25、在检测开始时，向充电桩注入一个频率为工频、相位角已知的低压参考正弦波信号；

26、采集电压通道和电流通道对该参考信号的响应波形，计算两路波形间的实际相位差；

27、基于两路波形间的实际相位差，输入温度补偿后的被测电流值，采用频域相位校正法，对电流采样序列进行相位校正，得到实际电流瞬时值序列；

28、将电压采样序列通过分压比标定得到实际电压瞬时值序列；

29、将实际电压瞬时值序列与实际电流瞬时值序列逐点相乘，累加后求平均，得到平均有功功率。

30、优选的，所述针对直流充电桩场景，通过注入阶跃波测量通道时间偏移，基于温度补偿后的被测电流值，采用线性插值法校正电流采样时间，并计算直流功率具体包括：

31、在检测开始时，通过内置基准源向电压和电流采样通道同时注入一个直流阶跃波参考信号；

32、分别记录电压通道和电流通道对该阶跃信号的响应上升沿到达时刻，计算两通道间的时间偏移；

33、基于通道间的时间偏移，输入温度补偿后的被测电流值，采用线性插值法对电流采样序列进行时间校正，将电流序列校正到电压采样的时间基准上，得到时间校正后的电流序列；

34、将电压采样序列通过分压比标定得到实际电压瞬时值序列；

35、将实际电压瞬时值序列与时间校正后的电流序列逐点相乘，累加后求平均，得到直流功率。

36、优选的，所述构建分级动态校准机制，周期性接入内部基准源更新零漂、灵敏度及通道时延参数，并将计量数据与校准状态打包通过无线网络上传至远程平台具体包括：

37、根据电流检测状态，设置充电桩的运行状态，所述运行状态包括：空闲状态和充电状态；

38、构建分级动态校准机制，周期性接入内部基准源更新零漂、灵敏度及通道时延参数；

39、所有校准操作仅在空闲状态下自动执行，充电状态下暂停所有校准，仅进行电流修正和功率计算；

40、将采集的电压、电流、功率、温度及最新校准系数数据打包，通过无线网络上传至远程平台，其中，上传数据需包含时间戳和循环冗余校验码；

41、所述分级动态校准机制包括：

42、零点漂移校准：每次进入空闲状态时自动执行，断开外部输入，内部接入已知基准电压源和基准电流源，计算当前的测量偏差，并更新零漂校正项；

43、灵敏度校准：每日在全网充电低峰期执行一次，依次接入不同幅值的基准电流，重新计算标度系数并更新；

44、通道时延校准：每次上电时执行一次，注入对应类型的参考信号，测量两路波形间的实际相位差或两通道间的时间偏移，并更新参数。

45、优选的，所述根据电网碳排放因子与充电功率，构建低碳计量模型，输出充电行为的等效碳排放量，并生成低碳检测报告具体包括：

46、基于远程平台接收的上传数据，获取充电功率，所述充电功率包括：平均有功功率或直流功率；

47、根据充电功率及电网碳排放因子，计算单次充电行为的等效碳排放量；

48、统计各充电桩单次充电行为的等效碳排放量，生成低碳检测报告，并通过远程平台显示。

49、进一步的，本方案提出一种基于磁通门电流传感器的充电桩宽范围计量系统，用于实现如上述的基于磁通门电流传感器的充电桩宽范围计量方法，包括：

50、标定转换模块，所述标定转换模块用于基于磁通门效应的开环幅值检测，构建宽域电流测量模型，输出经标定转换后的被测电流值；

51、温度补偿模块，所述温度补偿模块用于在磁芯表面贴装数字温度传感器，构建温度与磁导率动态补偿模型，输出经过温度补偿后的被测电流值；

52、交流充电模块，所述交流充电模块用于针对交流充电桩场景，通过注入参考正弦波测量通道相位差，基于温度补偿后的被测电流值，采用频域相位校正法校正电流采样相位，并计算平均有功功率；

53、直流充电模块，所述直流充电模块用于针对直流充电桩场景，通过注入阶跃波测量通道时间偏移，基于温度补偿后的被测电流值，采用线性插值法校正电流采样时间，并计算直流功率；

54、动态校准模块，所述动态校准模块用于构建分级动态校准机制，周期性接入内部基准源更新零漂、灵敏度及通道时延参数，并将计量数据与校准状态打包通过无线网络上传至远程平台；

55、碳排放量模块，所述碳排放量模块用于根据电网碳排放因子与充电功率，构建低碳计量模型，输出充电行为的等效碳排放量，并生成低碳检测报告。

56、优选的，所述标定转换模块包括：

57、磁通门探头单元，用于感应被测电流并输出感应电动势；

58、相敏检波器单元，所述相敏检波器单元连接磁通门探头单元的检测线圈，用于解调感应电动势以输出模拟电压信号；

59、模数转换器单元，所述模数转换器单元连接相敏检波器的输出端，用于将模拟电压信号转换为数字信号；

60、处理器单元，所述处理器单元连接模数转换器，用于基于宽域电流测量模型将数字信号转换为被测电流值。

61、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

62、本方案通过基于磁通门效应的开环幅值检测，构建宽域电流测量模型，实现从毫安级到千安级的超宽范围电流线性测量，无需多挡位切换，消除传统互感器的机械误差、电子切换误差和量程盲区；并通过温度补偿，有效抑制磁导率随温度变化引入的测量漂移；针对交流充电桩场景，采用频域相位校正方法精确补偿电压与电流通道间的相位差，针对直流充电桩场景，采用线性插值法校正通道间的时间偏移，提高有功功率和直流功率的计算准确性；构建分级动态校准机制，根据空闲/充电状态自动执行零漂、灵敏度及通道时延的分时校准，保证长期运行的计量稳定性；最后结合实时电网碳排放因子与充电功率，输出充电行为的等效碳排放量，为低碳充电调度提供了可靠的数据基础，有效提升充电桩全工况下的计量准确性和低碳服务能力。